FR2526223A1 - IMPROVED AMORPHOUS SILICON-CONTAINING OXYGEN ALLOYS WITH LARGE BAND AND P-TYPE INTERVAL AND DEVICES FOR USING SAME - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF PHOTOSENSIBLE DU TYPE COMPRENANT DES COUCHES SUPERPOSEES DE MATERIAUX DIVERS DEPOSES SUR UN SUBSTRAT D'ALLIAGE SEMI-CONDUCTEUR AMORPHE FORMANT COUCHE PHOTOSENSIBLE ACTIVE ET INTRINSEQUE SUR LAQUELLE FRAPPENT LES RADIATIONS POUR PRODUIRE DES PORTEURS DE CHARGE, ET UNE COUCHE D'ALLIAGE DE SILICIUM AMORPHE A LARGE INTERVALLE DE BANDE ET DE TYPE P 168 ADJACENTE A LADITE COUCHE INTRINSEQUE 166, COMPORTANT AU MOINS UN ELEMENT REDUCTEUR DE LA DENSITE DES ETATS, UN DOPANT DE TYPE P, ET UN ELEMENT QUI AUGMENTE L'INTERVALLE DE BANDE, DISPOSITIF DANS LEQUEL L'ELEMENT QUI AUGMENTE L'INTERVALLE DE BANDE EST CONSTITUE PAR DE L'OXYGENE.PHOTOSENSITIVE DEVICE OF THE TYPE INCLUDING SUPERIMPOSED LAYERS OF VARIOUS MATERIALS DEPOSITED ON AN AMORPHIC SEMICONDUCTIVE ALLOY SUBSTRATE FORMING AN ACTIVE AND INTRINSIC PHOTOSENSITIVE LAYER ON WHICH IMPACT THE RADIATIONS TO PRODUCE CHARGE CARRIERS OF AMORPHOUS, AND A LAYER WITH SILICIUM WIDE BAND AND P-TYPE INTERVAL 168 ADJACENT TO THE SAID INTRINSIC LAYER 166, INCLUDING AT LEAST ONE STATE DENSITY-REDUCING ELEMENT, A P-TYPE DOPANT, AND ONE ELEMENT THAT INCREASES THE BAND INTERVAL, A DEVICE IN WHICH THE ELEMENT THAT INCREASES THE BAND INTERVAL IS CONSTITUTED BY OXYGEN.
Description
L'invention concerne des dispositifs photovoltaiques et un procédé pourThe invention relates to photovoltaic devices and a method for
les réaliser, les dispositifs étant constitués par des couches d'alliages semiconducteurs amorphes Au moins une couche d'alliage de silicium amorphe des dispositifs est une couche d'alliage de silicium amor- phe à large intervalle de bande, ou bande interdite, de type p dont la conductivité électrique est améliorée Un the devices being formed by amorphous semiconductor alloy layers At least one layer of amorphous silicon alloy devices is a layer of amorphous silicon alloy with a wide band gap, or forbidden band, of the type p whose electrical conductivity is improved
avantage de cette approche du problème est de rendre possi- advantage of this approach to the problem is to make it possible
ble l'augmentation de l'absorption dans les couches actives tout en obtenant un meilleur rendement de collecte du courant qui facilite la formation de courants de court circuit plus importants Un autre avantage est que les caractéristiques photosensibles améliorées des alliages de silicium amorphe fluoré peuvent être obtenues de façon plus complète avec les dispositifs photovoltalques mettant en Increased absorption in the active layers while achieving a better current collection efficiency which facilitates the formation of larger short-circuit currents. Another advantage is that the improved photosensitive characteristics of the fluorine-amorphous silicon alloys can be improved. obtained in a more complete way with the photovoltaic devices
oeuvre la présente invention L'application la plus impor- The present invention is the most important application
tante de l'invention est la réalisation de dispositifs aunt of the invention is the realization of devices
photovoltalques de configuration p-i-n en alliage de sili- p-i-n photovolts of silicon alloy
cium amorphe perfectionné, se présentant sous forme de cellules individuelles ou de cellules multiples comprenant advanced amorphous acid, in the form of single cells or multiple cells comprising
plusieurs cellules individuelles.several individual cells.
Le silicium est la base de l'immense industrie des semiconducteurs cristallins et il constitue le matériau avec lequel on a produit des cellules ou piles solaires cristallines coiteuses et à haut rendement ( 18 pour cent) destinées à des applications spatiales En ce qui concerne Silicon is the basis of the huge crystalline semiconductor industry and is the material with which high-yield (18 percent) costly crystalline solar cells or cells have been produced for space applications.
les applications terrestres, les cellules solaires cris- terrestrial applications, solar cells
tallines ont typiquement des rendements beaucoup plus faibles et qui sont de l'ordre de 12 % ou moins Lorsque la 3 U techn 3 lcg'-2 des S riconduct'lur F cristal Lins a atteint le tallines typically have much lower yields and are of the order of 12% or less when the 3 U techn 3 lcg'-2 of the S riconductlur F crystal Lins has reached the
niveau commercial, elle est devenue le fondement de l'im- commercial level, it has become the foundation of
mense industrie actuelle des dispositifs semiconducteurs. current industry of semiconductor devices.
Ceci a été dû à la capacité des savants de faire croître des cristaux de germanium et plus particulièrement de silicium pratiquement sans défaut, puis de les transformer This was due to the ability of scientists to grow crystals of germanium and more particularly virtually defect-free silicon, and then transform them
en matériaux extrinsèques contenant des régions à conduc- extrinsic materials containing conductive regions
tivité de type p ou de type n Ce résultat a été obtenu en diffusant dans le matériau cristallin quelques parties par million de matériaux dopants donneurs (n) ou accepteurs (p) introduits en tant qu'impuretés de substitution dans les matériaux cristallins sensiblement purs, de manière à augmenter leur conductivité électrique et déterminer leur type de conduction p ou n Les procédés de fabrication utilisés pour réaliser des cristaux à jonction p-n mettent en oeuvre des processus extrêmement compliqués, demandant du temps et qui sont coûteux C'est pourquoi ces matériaux cristallins qui sont utiles dans les cellules solaires et les dispositifs de commande du courant sont produits dans des conditions très soigneusement contrôlées en faisant This result has been obtained by diffusing into the crystalline material a few parts per million of donor (n) or acceptor (p) doping materials introduced as substitution impurities into substantially pure crystalline materials. in order to increase their electrical conductivity and determine their type of conduction p or n The manufacturing methods used to make pn junction crystals involve extremely complicated processes, time consuming and expensive These are why these crystalline materials that are useful in solar cells and current control devices are produced under very carefully controlled conditions making
croître des cristaux individuels de silicium ou de germa- grow individual crystals of silicon or germany
nîum, et quand on a besoin de jonctions p-n, en dopant les cristaux individuels avec des quantités extrêmement faibles nîum, and when one needs p-n junctions, by doping the individual crystals with extremely small quantities
et critiques de dopants.and doping criticism.
Ces procédés de croissance de cristaux produisent des cristaux relativement si petits que les cellules solaires exigent l'assemblage de nombreux cristaux individuels pour couvrir la surface désirée d'un unique panneau à cellules solaires La quantité d'énergie nécessaire pour fabriquer une cellule solaire selon ce procédé, les limitations provoquées par les limites de dimensions du cristal de silicium, et la nécessité de découper et d'assembler ce matériau cristallin, ont constitué une barrière économique impossible à franchir pour parvenir à une utilisation à grande échelle de cellules solaires à semiconducteurs cristallins en vue de la conversion de l'énergie En outre, le silicium cristallin comporte un rebord optique indirect entraînant une mauvaise absorption de la lumière dans le materiil, DU fait de cette mauvaise absorption de la -lumière, les cellules solaires cristallines doivent avoir une épaisseur d'au moins 50 microns pour absorber la lumière solaire incidente Même si on remplace le matériau mono-cristallin par du silicium polycristallin obtenu par des procédés moins coûteux, le rebord optique indirect existe toujours; de ce fait, l'épaisseur du matériau n'est pas réduite Le matériau polycristallin implique également l'addition de limites granulaires et autres défauts posant These crystal growth processes produce relatively small crystals that solar cells require the assembly of many individual crystals to cover the desired surface of a single solar cell panel. The amount of energy required to make a solar cell according to this The limitations of silicon crystal size limitations, and the need to cut and assemble this crystalline material, have been an economic barrier that can not be overcome to achieve large-scale use of crystalline semiconductor solar cells. In addition, the crystalline silicon has an indirect optical flange causing poor light absorption in the material. Due to this poor absorption of light, the crystalline solar cells must have a thickness at least 50 microns to absorb the ground light Incident Area Even if the mono-crystalline material is replaced by polycrystalline silicon obtained by less expensive methods, the indirect optical flange still exists; therefore, the thickness of the material is not reduced. The polycrystalline material also involves the addition of granular boundaries and other defects.
des problèmes, lesquels défauts sont habituellement nuisi- problems, which defects are usually harmful
bles. En résumé, les dispositifs à silicium cristallin présentent des paramètres fixes que l'on ne peut faire varier comme on le désire, exigent de grandes quantités de matériau, ne peuvent être produits qu'en éléments de ble. In short, crystalline silicon devices have fixed parameters which can not be varied as desired, require large amounts of material, can only be produced in the form of
surface relativement réduite, leur fabrication étant coû- relatively small area, their manufacture being
teuse et demandant du temps Les dispositifs basés sur le silicium amorphe peuvent éliminer ces inconvénients du silicium cristallin Un alliage de silicium amorphe comprend un rebord d'absorption optique présentant des propriétés similaires à celles d'un semiconducteur à intervalle direct et il suffit que le matériau ait une épaisseur de un micron ou moins pour absorber la même quantité de lumière solaire The Amorphous Silicon Based Devices Can Eliminate These Drawbacks of Crystalline Silicon An amorphous silicon alloy includes an optical absorption flange having properties similar to those of a direct gap semiconductor and it is sufficient that the material has a thickness of one micron or less to absorb the same amount of sunlight
que le silicium cristallin ayant une épaisseur de 50 microns. that crystalline silicon having a thickness of 50 microns.
En outre, les alliages de silicium amorphe peuvent être obtenus plus rapidement, plus facilement et en éléments de In addition, amorphous silicon alloys can be obtained faster, more easily and in
plus grande surface que le silicium cristallin. larger area than crystalline silicon.
En conséquence, des efforts considérables ont été entrepris pour mettre au point des procédés permettant de As a result, considerable efforts have been made to develop processes for
déposer facilement des alliages ou des films semiconduc- easily deposit alloys or semiconducting films
teurs amorphes, pouvant chacun couvrir des surfaces relati- amorphous cells, each of which can cover relatively
vement importantes si on le désire, et limitées seulement important if desired and limited only
par les dimensions de l'équipement de dépôt, et qui pour- the dimensions of the deposit equipment, and which
raient être facilement dopés pour former des matériaux de type p et de type n, les dispositifs à Jonction p-n obtenus de ces derniers étant équivalents à ceux produits au moyen de leurs contreparties cristallines Pendant de nombreuses The p-n junction devices obtained from the latter would be equivalent to those produced by means of their crystalline counterparts for many years to be easily doped to form n-type and n-type materials.
années, ces travaux ont été pratiquement sans résultats. years, these works were virtually without results.
Les films de silicium ou de germanium amorphe (groupe IV) sont normalement coordonnés quatre fois et on a constaté qu'ils comprennent des micro-vides et des liaisons non saturées et autres défauts produisant une forte densité d'états localisés dans leur intervalle de bande ou bande Silicon or amorphous germanium films (Group IV) are normally coordinated four times and found to include micro-voids and unsaturated bonds and other defects producing high density of localized states in their band gap. or band
interdite La présence d'une forte densité d'états locali- The presence of a high density of local
sés dans l'intervalle de bande de films semiconducteurs de silicium amorphe se traduit par un faible degré de photo- conductivité et une courte durée de vie des porteurs, rendant ces films inadaptés à des applications o l'on fait appel à des caractéristiques de photosensibilité De plus, ces films ne peuvent pas être dopés avec succès ou modifiés de toute autre manière pour décaler le niveau de Fermi près des bandes de conduction ou de valence, ce qui les rend in the amorphous silicon semiconductor film band gap results in a low degree of photoconductivity and short carrier life, making these films unsuitable for applications where photosensitivity characteristics are used. In addition, these films can not be successfully doped or otherwise modified to shift the Fermi level close to the conduction or valence bands, making them
inutilisables pour constituer des jonctions p-n pour cellu- unusable to form p-n junctions for
les ou piles solaires et pour les applications concernant solar cells or for applications related to
des dispositifs de commande de courant. current control devices.
A la suite d'efforts qui ont été faits pour réduire les problèmes qui viennent d'être mentionnés et constatés avec le silicium amorphe (dont on a pensé à l'origine qu'il était élémentaire), W E Spear et P G Le Comber du Carnegie Laboratory of Physics, Université de Dundee, As a result of efforts to reduce the problems just mentioned and noted with amorphous silicon (originally thought to be elementary), WE Spear and PG Le Comber du Carnegie Laboratory of Physics, University of Dundee,
Dundee, Ecosse, ont effectué des recherches sur le u Subs- Dundee, Scotland, carried out research on the Subsidiary
titutional Doping of Amorphous Silicon" (Dopage par substi- "Doping of Amorphous Silicon"
tution du silicium amorphe), ayant fait l'objet d'un rap- amorphous silicon), which was the subject of a report
port publié dans 'Solid State Communications", vol 17, pages 1193 à 1196, 1975, en vue de réduire les états localisés dans l'intervalle de bande du silicium ou du germanium amorphes et rapprocher ces derniers du silicium et du germanium cristallins intrinsèques et pour doper par substitution lesdits matériaux amorphes au moyen de dopants classiques et appropriés, comme pour le dopage de matériaux cristallins, pour les rendre du type extrinsèque et de published in 'Solid State Communications', Vol 17, pp. 1193-1196, 1975, to reduce the localized states in the band gap of amorphous silicon or germanium and bring them closer to intrinsic crystalline silicon and germanium and to dope by substitution said amorphous materials by means of conventional and appropriate dopants, as for the doping of crystalline materials, to make them of the extrinsic type and of
conduction de type p ou n.conduction of type p or n.
La réduction des états localisés a été obtenue par The reduction of localized states was obtained by
dépôt par décharge luminescente de films de silicium amor- luminescent discharge deposition of amorphous silicon films
phe o on a fait passer un gaz de silane (Si H 4) dans un tube à réaction o le gaz est décomposé par décharge luminescente à haute fréquence et déposé sur un substrat dont la température est d'environ 500 'K à 600 'K ( 2270 C à 3270 C) Le matériau ainsi déposé sur le substrat est un matériau amorphe intrinsèque consistant en silicium et en wherein a silane gas (Si H 4) is passed through a reaction tube where the gas is decomposed by high frequency glow discharge and deposited on a substrate having a temperature of about 500 K to 600 K (2270 C to 3270 C) The material thus deposited on the substrate is an intrinsic amorphous material consisting of silicon and
hydrogène Pour obtenir un matériau amorphe dopé, on a pré- In order to obtain a doped amorphous material, it has been
mélangé dans le gaz de silane un gaz de phosphine (PH 3) mixed in the silane gas a phosphine gas (PH 3)
pour obtenir une conduction de type n, ou un gaz de dibo- to obtain an n-type conduction, or a dibox gas
rane (B 2 H 6) pour obtenir une conduction de type p, mélange que l'on fait passer dans le tube à réaction à décharge luminescente dans les mêmes conditions de traitement La concentration gazeuse des dopants utilisés était située entre environ 5 x 10-6 et 10-2 parties par volume On a constaté que le matériau ainsi déposé était extrinsèque et du type à conduction N ou p. Bien que ces chercheurs ne l'aient pas su, on sait rane (B 2 H 6) to obtain p-type conduction, which mixture is passed through the glow discharge tube under the same processing conditions. The gaseous concentration of the dopants used was between about 5 x 10- 6 and 10-2 parts by volume It was found that the material thus deposited was extrinsic and of the N or p conduction type. Although these researchers did not know it, we know
maintenant par les travaux d'autres chercheurs que l'hydro- research by researchers other than hydro-
gène contenu dans le silane se combine à une température optimale à de nombreuses liaisons non saturées du silicium pendant le dépôt par décharge luminescente, ce qui permet de réduire sensiblement la densité des états localisés dans l'intervalle de bande en vue d'obtenir des propriétés électroniques du matériau amorphe se rapprochant le plus de The silane-containing gene combines at an optimal temperature with many unsaturated silicon bonds during glow discharge deposition, thereby substantially reducing the density of the localized states in the band gap to obtain amorphous material closest to the
celles du matériau cristallin correspondant. those of the corresponding crystalline material.
L'incorporation d'hydrogène dans le procédé ci-dessus présente cependant des limites provenant du rapport fixe entre l'hydrogène et le silicium dans le silane, et des diverses configurations de la liaison Si:H qui introduisent de nouveaux états anti-liaison Il existe donc des limites The incorporation of hydrogen into the above process, however, has limits from the fixed ratio of hydrogen to silicon in the silane, and various configurations of the Si: H bond which introduce new anti-binding states. So there are limits
fondamentales à la réduction de la densité des états loca- fundamental to reducing the density of local conditions
lisés dans ces matériaux.in these materials.
On a préparé des alliages de silicium amorphe fortement améliorés contenant des proportions nettement réduites Highly improved amorphous silicon alloys having substantially reduced proportions have been prepared.
d'états localisés dans leurs intervalles de bande et présen- located in their band intervals and presented
tant des propriétés électroniques de grande qualité par décharge luminescente, comme décrit dans le brevet US no 4 226 898 intitulé 'Amorphous Semiconductors Equivalent to Crystalline Semiconductors" (Semiconducteurs amorphes équivalents à des semiconducteurs cristallins) aux noms de Stanford R Ovshinsky et de Arun Madan, délivré le 7 both high-quality glow discharge electronic properties, as described in U.S. Patent No. 4,226,898 entitled Amorphous Semiconductors Equivalent to Crystalline Semiconductors (Stanford R Ovshinsky and Arun Madan-equivalent amorphous semiconductors), issued on the 7th
Octobre 1980, et par déô:L e viseur comïi e le décrit com- October 1980, and by Deô: The viewfinder comíi e describes it com
plètement le brevet US N O 4 217 374 publié sous le même titre aux noms de Stanford R Ovshinsky et Masatsugu Izu et délivré le 12 Août 1980 Comme le décrivent ces brevets, qui sont incorporés aux présentes à titre de référence, le fluor est introduit dans l'alliage semiconducteur de silicium amorphe pour réduire sensiblement la densité des états localisés de ce semiconducteur Le fluor activé se diffuse de façon particulièrement facile et établit des liaisons avec le silicium amorphe dans le corps amorphe, ce qui diminue sensiblement la densité des états localisés défectueux contenus, du fait que la faible dimension, la forte réactivité et la spécificité des liaisons chimiques des atomes de fluor leur permet de former un alliage de silicium amorphe présentant encore moins de défauts Le fluor se lie aux liaisons non saturées du silicium et forme ce que l'on pense être une liaison stable surtout ionique avec des angles de liaison souples, ce qui a pour résultat une compensation ou une modification plus stable et plus efficace que celle formée par l'hydrogène et autres agents No. 4,217,374 issued under the same name to Stanford R Ovshinsky and Masatsugu Izu and issued August 12, 1980. As described in these patents, which are hereby incorporated by reference, fluorine is introduced into the art. amorphous silicon semiconductor alloy for substantially reducing the density of the localized states of this semiconductor The activated fluorine diffuses particularly easily and establishes bonds with the amorphous silicon in the amorphous body, which substantially reduces the density of the defective localized states contained because the small size, the high reactivity and the specificity of the chemical bonds of the fluorine atoms allows them to form an amorphous silicon alloy with even fewer defects. Fluorine bonds to unsaturated silicon bonds and forms what it is thought to be a stable, especially ionic bond with flexible bonding angles, which has as its result result in more stable and efficient compensation or modification than hydrogen and other
compensateurs Gtu modificateurs Le fluor se combine égale- Compensators Gtu modifiers Fluoride is also combined
ment d'une manière préférée avec le silicium et l'hydrogène, en utilisant l'hydrogène d'une façon plus souhaitable, du fait que l'hydrogène présente plusieurs options pour ses liaisons Sans fluor, il est possible que l'hydrogène ne se lie pas de façon souhaitable dans le matériau, provoquant des états défectueux additionnels dans l'intervalle de bande aussi bien que dans le matériau lui-même C'est pourquoi on considère que le fluor constitue un élément compensateur ou modificateur plus efficace que l'hydrogène quand on l'utilise seul ou avec l'nydrogène du fait de sa in a more preferred way with silicon and hydrogen, using hydrogen more desirably, because hydrogen has several options for its fluorine-free bonds, it is possible that hydrogen will It is desirable that the fluorine is a more effective compensating or modifying element than hydrogen. when used alone or with hydrogen because of its
forte réactivité, de sa spéczficit 4 dans la liaison chimi- high reactivity, its specificity 4 in the chemical bond
que, et de sa forte électronegativité. that, and its strong electronegativity.
A titre d'exemple, on pelut obtenir une compensation avec du fluor seul ou en combinaison avec de l'hydrogène en ajoutant ce ou ces éléments en très faibles quantités (par exemple par fractions de un pour cent atomique) Cependant, les quantités de fluor et d'hydrogène que l'on utilise de préférence sont beaucoup plus importantes que ces petits For example, compensation with fluorine alone or in combination with hydrogen is obtained by adding this or these elements in very small amounts (for example by fractions of one atomic percent). However, the amounts of fluorine and hydrogen that is used preferably are much larger than these little ones
pourcentages de manière à former un alliage de silicium- percentages so as to form an alloy of silicon-
hydrogène-fluor A titre d'exemple, les quantités de fluor et d'hydrogène constituant l'alliage peuvent être comprises entre 1 et 5 pour cent ou plus On pense que l'alliage ainsi formé comprend une densité plus faible d'états défectueux dans l'intervalle de bande que celle que l'on obtient par une simple neutralisation des liaisons non saturées et des états défectueux de même type On pense en By way of example, the amounts of fluorine and hydrogen constituting the alloy may be between 1 and 5 percent or more. It is believed that the alloy thus formed comprises a lower density of defective states in band interval than that obtained by a simple neutralization of unsaturated bonds and defective states of the same type.
particulier que cette quantité importante de fluor parti- particular that this significant amount of fluoride parti-
cipe de façon importante à la nouvelle configuration struc- important role in the new structural configuration.
turelle d'un matériau contenant du silicium amorphe et facilite l'addition d'autres matériaux d'alliage tels que of a material containing amorphous silicon and facilitates the addition of other alloy materials such as
du germanium En plus de ses autres caractéristiques men- Germanium In addition to its other
tionnées ici, on pense que le fluor est un organisateur de la structure locale de l'alliage contenant du silicium au moyen d'effets inductifs et ioniques On pense que le fluor influence également la liaison de l'hydrogène en agissant de façon avantageuse pour diminuer la densité des états défectueux, l'hydrogène contribuant à cette action tout en agissant en tant qu'élément réducteur de la densité des Here, it is believed that fluorine is an organizer of the local structure of the silicon-containing alloy by means of inductive and ionic effects. It is believed that fluorine also influences hydrogen bonding by acting advantageously to reduce the density of the defective states, the hydrogen contributing to this action while acting as a reducing element of the density of the
états Le rôle ionique joué par le fluor dans un tel allia- The ionic role played by fluorine in such an alliance
ge constitue, pense-t-on, un facteur important du point de ge is, it is believed, an important factor in
vue du rapport avec le voisin le plus proche. view of the relationship with the nearest neighbor.
Les alliages de silicium amorphe contenant du fluor ont ainsi montré qu'ils présentaient des caractéristiques fortement améliorées en vue d'applications photovoltalques, par comparaison avec des alliages de silicium amorphe contenant seulement de l'hydrogène en tant qu'élément réducteur de la densité des états Cependant, pour obtenir Fluorine-containing amorphous silicon alloys have thus been shown to exhibit greatly improved characteristics for photovoltaic applications, compared with amorphous silicon alloys containing only hydrogen as a reducing element of states however, to get
tout l'avantage de ces alliages de silicium amorphe conte- all the advantage of these amorphous silicon alloys
3 U nant du fluor quand on les utilise pour former les régions actives de dispositifs photovoltalques, il faut s'assurer que l'absorption des photons se déroule pour sa plus grande part à l'intérieur en vue d'une génération efficace de 3 When using fluoride when used to form the active regions of photovoltaic devices, it must be ensured that photon absorption takes place for the most part indoors for efficient generation of photovolts.
paires d'électrons-trous Ce qui précède prend une impor- pairs of electron-holes The above takes an important
tance particulière dans la fabrication de dispositifs photovoltaiques de configuration p-i-n Les dispositifs de ce type exigent le dépôt de couches dopées de type p ou n avant et après le dépôt d'une couche intrinsèque Ces This type of device requires the deposition of p-type or n-type doped layers before and after the deposition of an intrinsic layer.
couches dopées, sur les côtés opposés de la couche intrin- doped layers on opposite sides of the inner layer
sèque active o sont engendrées les paires d'électrons- active sque o are generated the pairs of electrons-
trous établissent un gradient de potentiel au travers du dispositif qui facilite la séparation des électrons et des trous et forment également des couches de contact qui facilitent la collecte des électrons et des trous sous holes establish a potential gradient across the device that facilitates the separation of electrons and holes and also form contact layers that facilitate the collection of electrons and holes under
forme d'un courant électrique.form of an electric current.
Quand le dispositif se présente selon cette structure, il est important que les couches de type p et N soient fortement conductrices et, du moins dans le cas de la couche de type p, présentent un large intervalle de bande, ou bande interdite, pour réduire l'absorption des photons de la couche de type p et obtenir ainsi une absorption plus forte dans la couche intrinsèque active Une couche de type p ayant un large intervalle de bande est donc extrêmement avantageuse lorsqu'on constitue la couche supérieure du dispositif par laquelle commence par passer l'énergie solaire, ou lorsqu'on constitue la couche inférieure du dispositif en conjonction avec une couche réfléchissante arrière Les couches réfléchissantes arrière servent à réfléchir la lumière non utilisée et à la renvoyer dans la When the device is according to this structure, it is important that the p and N type layers are highly conductive and, at least in the case of the p-type layer, have a wide band gap, or band gap, to reduce the absorption of the photons of the p-type layer and thus obtain a stronger absorption in the active intrinsic layer. A p-type layer having a wide band gap is therefore extremely advantageous when the top layer of the device from which by passing solar energy, or when forming the lower layer of the device in conjunction with a rear reflective layer The rear reflective layers serve to reflect the unused light and return it to the
région intrinsèque du dispositif pour permettre l'utilisa- intrinsic region of the device to enable the use
tion plus complète de l'énergie solaire en vue d'engendrer des paires d'électrons-trous additionnelles Une couche de type p à large intervalle de bande permet à une partie plus importante de la lumière réfléchie de pénétrer dans la couche intrinsèque active qu'une couche de type p n'ayant more complete solar energy to generate additional electron-hole pairs A p-band wide-band layer allows a larger portion of the reflected light to penetrate the intrinsic active layer than the a p-type layer having no
pas un large intervalle de bande.not a wide band gap.
Malheureusement, lorsque l'intervalle de bande des Unfortunately, when the band interval of
alliages de silicium amorphe de type p augmente, la conduc- p-type amorphous silicon alloys increases, the conductivity
tivité diminue Pour pouvoir être efficace dans un disposi- In order to be effective in a
tif photovoltaique, un alliage de silicium amorphe à large photovoltaic power, an amorphous silicon alloy with
intervalle de bande et de type p doit posséder un inter- band interval and type p must have a
valle de bande de 1,9 e V ou plus Les alliages de silicium amorphe connus, de type p et à large intervalle de bande, bandwidth 1.9 th V or higher Known amorphous silicon alloys, p-type and wide band gap,
contenant du silicium, de l'hydrogène, du bore et du car- containing silicon, hydrogen, boron and car-
bone selon de forts dopages présentent des conductivités d'environ 10-7 ( A -cm)-1 Quand on augmente la concentration du carbone pour élargir les intervalles de high doping levels have conductivities of about 10-7 (A -cm) -1 When increasing the carbon concentration to widen the
bande, la conductivité résultante diminue. band, the resulting conductivity decreases.
La Déposante a découvert des alliages de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p qui sont nouveaux et perfectionnés, et qui présentent des conduc- tivités sensiblement plus importantes que l'alliage de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p connu et mentionné plus haut, pour un intervalle de bande The Applicant has discovered broad band gap and p-type amorphous silicon alloys that are new and sophisticated, and have significantly higher conductivities than the broad band and p-type amorphous silicon alloy. known and mentioned above, for a band interval
donné On peut utiliser les alliages de la présente inven- The alloys of this invention can be used.
tion dans des dispositifs à cellule photovoltalque unique et de configuration p-i-n, ainsi que dans des structures à in single photovoltalic cell devices of p-i-n configuration, as well as in
cellules multiples comprenant plusieurs cellules indivi- multiple cells comprising several individual cells
duelles. La présente invention crée des alliages de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p qui sont Dual. The present invention creates broad band gap and p-type amorphous silicon alloys which are
nouveaux et perfectionnés, et qui présentent des conducti- new and improved, with
vités plus élevées et sont destinés à être utilisés en higher values and are intended for use in
particulier dans des dispositifs photosensibles Les allia- particularly in photosensitive devices
ges de la présente invention peuvent être déposés par décomposition par décharge luminescente Selon la présente invention, les alliages comprennent de l'oxygène en tant qu'élément qui augmente l'intervalle de bande Les alliages In accordance with the present invention, the alloys comprise oxygen as an element which increases the band gap. The alloys of the present invention can be deposited by glow discharge decomposition.
peuvent incorporer d'autres éléments qui augmentent l'in- can incorporate other elements that increase the in-
tervalle de bande, tels que du carbone, selon des quantités band, such as carbon, in
mineures.minor.
Les alliages de silicium amorphe incorporent également au moins un élément réducteur de la densité des états tel The amorphous silicon alloys also incorporate at least one reducing element of the density of states such as
que du fluor et/ou de l'hydrogène Les éléments compensa- than fluorine and / or hydrogen. The compensating
teurs ou modificateurs, et d'autres éléments, peuvent être modifiers or modifiers, and other elements, may be
ajoutés au cours du dépôt.added during the deposit.
Les alliages de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p de la présente invention comprennent en outre un dopant de type p tel que du bore Le bore peut être incorporé dans l'alliage en partant de diborane (B 2 H 6) The wide band gap and p-type amorphous silicon alloys of the present invention further comprise a p-type dopant such as boron. Boron may be incorporated into the alloy starting from diborane (B 2 H 6).
au cours du dépôt par décharge luminescente. during glow discharge deposition.
Les alliages peuvent incorporer un élément qui augmente l'intervalle de bande et qui est constitué par de l'oxygène, selon des concentrations allant de un à trente pour cent, permettant d'obtenir des intervalles de bande allant de 1,7 e V à plus de 2,0 e V Pour un intervalle de bande donné, les alliages de la présente invention ont des conductivités sensiblement supérieures à celles des alliages de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p de la technique antérieure, incorporant seulement du carbone en The alloys may incorporate a band-increasing element which is comprised of oxygen at concentrations ranging from one to thirty percent, resulting in bandwidths ranging from 1.7eV to For a given band interval, the alloys of the present invention have substantially higher conductivities than prior art broadband and p-type amorphous silicon alloys incorporating only carbon. in
tant qu'élément qui augmente l'intervalle de bande. as an element that increases the band interval.
Les alliages de silicium amorphe à large intervalle de Amorphous silicon alloys with a wide range of
bande et de type p de la présente invention sont particu- and p-type of the present invention are particularly
lièrement utiles dans des dispositifs photosensibles tels que des dispositifs photovoltaïques p-i-n comprenant une région active o sont créées des paires d'électrons-trous engendrées photoélectriquement Du fait que les alliages présentent de larges intervalles de bande, seules des quantités relativement faibles de photons y sont absorbées, ce qui permet l'absorption d'un nombre plus important de photons par la région active De ce fait, on peut obtenir les avantages des alliages de silicium- fluor amorphes pour les régions actives Du fait que les alliages de la présente invention ont une cconductivité élevée, il en résulte une collecte sous forme de courant plus efficace des électrons et des trous engendrés photoélectriquement En outre, les dispositifs photovoltalques p- i-n qui incorporent l'alliage perfectionné de la présente invention peuvent comprendre un réflecteur arrière pour réfléchir la lumière non utilisée They are useful in light-sensitive devices such as photovoltaic devices comprising an active region where photoelectrically generated pairs of electron-holes are formed. Because the alloys have large band gaps, only relatively small amounts of photons are absorbed therein. This allows for the absorption of a larger number of photons by the active region. As a result, the advantages of amorphous silicon-fluoride alloys for the active regions can be obtained. Because the alloys of the present invention have This results in a more efficient current collection of electrons and photoelectrically generated holes. Additionally, photovoltaic devices incorporating the improved alloy of the present invention may include a rear reflector for reflecting light. used
dans la couche intrinsèque et créer des paires d'électrons- in the intrinsic layer and create pairs of electrons-
trous additionnelles et engendrées photoélectriquement. additional holes and generated photoelectrically.
Le courant de court-circuit des dispositifs qui incorpo- The short-circuit current of the devices incorporating
rent l'alliage perfectionné de la présente invention peut être rendu encore plus important si on règle l'intervalle de bande des alliages de silicium amorphe actifs On peut ajouter les éléments de réglage de l'intervalle de bande aux alliages actifs ou intrinsèques, de manière à régler leurs intervalles de bande, ou graduer l'intervalle de bande de l'ensemble du corps intrinsèque Par exemple, on peut a'jouter des éléments qui diminuent l'intervalle de bande tels que du germanium, de l'étain ou du plomb au The improved alloy of the present invention can be made even more important by adjusting the band gap of the active amorphous silicon alloys. The band gap adjusters can be added to the active or intrinsic alloys, so to adjust their band intervals, or to scale the band interval of the entire intrinsic body For example, one can add elements that decrease the band interval such as germanium, tin or lead the
corps d'alliage intrinsèque, au cours du dépôt. intrinsic alloy body, during deposition.
On peut également utiliser les dispositifs et le You can also use the devices and the
procédé de la présente invention pour réaliser des disposi- method of the present invention for making arrangements
tifs à cellules multiples, tels que des cellules en tandem. multi-celled cells, such as tandem cells.
On peut régler les intervalles de bande des couches intrin- The band intervals of the inner layers can be adjusted
sèques de manière que la capacité de génération de courant de chaque cellule puisse être portée au maximum pour une in such a way that the current generation capacity of each cell can be maximized for a
partie donnée et différente du spectre de la lumière so- given and different part of the spectrum of
laire. En conséquence, un premier objet de l'invention est de créer un procédé pour réaliser un alliage perfectionné de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p. Le procédé comprend le dépôt sur un substrat d'un matériau comprenant au moins du silicium, l'incorporation dans ce matériau d'au moins un élément réducteur de la densité des états et d'un dopant de type p, et l'introduction dans le matériau d'un élément qui augmente l'intervalle de bande, lar. Accordingly, a first object of the invention is to provide a method for making an improved amorphous silicon alloy with a wide band and p-type gap. The method comprises depositing on a substrate a material comprising at least silicon, incorporating therein at least one state density reducing element and a p-type dopant, and introducing it into the material. the material of an element that increases the band interval,
et il est caractérisé par le fait que l'élément qui augmen- and it is characterized by the fact that the element which increases
te l'intervalle de bande est de l'oxygène, de manière à the band interval is oxygen, so
produire un alliage de silicium amorphe de type p compre- produce a p-type amorphous silicon alloy
nant de l'oxygène selon des proportions comprises entre un oxygen in proportions between
et trente pour cent.and thirty percent.
Un second objet de l'invention est de créer un alliage perfectionné de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p L'alliage comprend du silicium, au moins un élément réducteur de la densité des états, un A second object of the invention is to create an improved amorphous silicon alloy with a wide band gap and p-type. The alloy comprises silicon, at least one reducing element of the density of states, a
dopant de type p et au moins un élément qui augmente l'in- p-type dopant and at least one element that increases the
tervalle de bande Le perfectionnement se caractérise par le fait que l'élément qui augmente l'intervalle de bande est de l'oxygène qui est inclus dans l'alliage selon un The improvement is characterized by the fact that the element which increases the band gap is oxygen which is included in the alloy according to a
pourcentage compris entre un et trente pour cent. percentage between one and thirty percent.
Un troisième objet de l'invention est de créer, dans un dispositif photosensible du type comportant des couches superposées de matériaux divers et comprenant un corps A third object of the invention is to create, in a photosensitive device of the type comprising superposed layers of various materials and comprising a body
d'alliage semiconducteur amorphe formant une couche photo- amorphous semiconductor alloy forming a photo-layer
sensible active et intrinsèque sur laquelle peuvent venir frapper les radiations pour produire des porteurs de charge, sensitive and intrinsic sensitive on which can strike the radiation to produce charge carriers,
et une couche d'alliage de silicium amorphe à large inter- and a layer of amorphous silicon alloy with a wide
valle de bande et de type p adjacente à la couche intrinsèque etcomprenant au moins un élément réducteur de la densité des états, un dopant de type p, et au moins un élément qui augmente l'intervalle de bande Le perfectionnement est band and p-type vallevel adjacent to the intrinsic layer andcomprising at least one state density reducing element, a p-type dopant, and at least one element which increases the band interval The enhancement is
caractérisé par le fait que l'élément qui augmente l'inter- characterized by the fact that the element which increases the inter-
valle de bande est de l'oxygène et que l'alliage de sili- cium amorphe à large intervalle de bande et de type p comprend de l'oxygène selon un pourcentage compris entre un bandwidth is oxygen and the amorphous broad-band, p-type amorphous silicon alloy comprises oxygen in the range of from
et trente pour cent.and thirty percent.
Un quatrième objet de l'invention est de créer un dispositif photovoltalque à cellules multiples, formé à partir de couches multiples d'alliages semiconducteurs amorphes disposés sur un substrat Le dispositif comprend plusieurs cellules individuelles disposées en série, chaque A fourth object of the invention is to create a multi-cell photovoltaic device formed from multiple layers of amorphous semiconductor alloys arranged on a substrate. The device comprises a plurality of individual cells arranged in series, each
cellule individuelle comprenant une première couche d'allia- individual cell comprising a first layer of alloy
ge semiconducteur amorphe dopé, un corps d'un alliage semiconducteur amorphe intrinsèque déposé sur la première couche dopée, une autre couche d'alliage semiconducteur doped amorphous semiconductor, a body of an intrinsic amorphous semiconductor alloy deposited on the first doped layer, another layer of semiconductor alloy
amorphe dopé déposée sur le corps intrinsèque et de conduc- doped amorphous material deposited on the intrinsic body and
tivité opposée à celle de la première couche d'alliage semiconducteur amorphe dopé, et o l'une au moins des couches d'alliage semiconducteur amorphe dopé d'au moins l'une des cellules individuelles comprend un alliage de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p comportant au moins un élément réducteur de la densité des états, un dopant de type p, et au moins un élément qui opposite to that of the first doped amorphous semiconductor alloy layer, and wherein at least one of the amorphous semiconductor alloy layers doped with at least one of the individual cells comprises an amorphous silicon alloy having a broad band and of type p having at least one state density reducing element, a p-type dopant, and at least one element which
augmente l'intervalle de bande Le dispositif est caracté- increases the band interval The device is characterized
risé par le fait que l'élément qui augmente l'intervalle de bande est de l'oxygène et par le fait que l'alliage de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p comprend de l'oxygène selon un pourcentage compris entre un the fact that the element which increases the band gap is oxygen and that the amorphous wide-band and p-type amorphous silicon alloy comprises oxygen in a percentage between a
et trente pour cent.and thirty percent.
La Fig 1 est une représentation schématique d'un système de dépôt par décharge luminescente que l'on peut utiliser pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention afin de réaliser les dispositifs photovoltalques FIG. 1 is a schematic representation of a glow discharge deposition system that can be used for carrying out the method of the present invention in order to produce the photovoltaic devices.
de l'invention.of the invention.
Laà Fig 2 est une coupe d'une partie du système de la Fig 2 is a section of a part of the system of the
fig 1, selon la ligne 2-2 de celle-ci. fig 1, according to the line 2-2 thereof.
La Fig 3 est un graphique montrant les courbes de la conductivité par rapport à l'intervalle de bande pour un alliage de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p connu ainsi que pour un alliage de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p réalisé Fig. 3 is a graph showing the conductivity versus band gap curves for a broad band gap and known p-type amorphous silicon alloy as well as for a broad band gap amorphous silicon alloy and of type p realized
selon la présente invention.according to the present invention.
La Fig 4 est une coupe d'un dispositif photovoltaique Fig 4 is a section of a photovoltaic device
p-i-n mettant en oeuvre la présente invention. p-i-n embodying the present invention.
La Fig 5 est une coupe d'un autre dispositif photovol- Fig 5 is a sectional view of another photovoltaic device
talque p-i-n dont la structure correspond à celle d'un talque p-i-n whose structure corresponds to that of a
autre mode de réalisation de l'invention. another embodiment of the invention.
La Fig 6 est une coupe d'une cellule solaire multiple comportant plusieurs cellules photovoltalques individuelles p-i-n disposées selon une configuration en tandem, et Fig. 6 is a sectional view of a multiple solar cell comprising a plurality of individual photovoltalic cells p-i-n arranged in a tandem configuration, and
conforme à la présente invention.according to the present invention.
Si on se réfère maintenant plus particulièrement à la If we now refer more specifically to the
fig 1, celle-ci représente un système de dépôt par déchar- fig 1, this represents a deposition system by
ge luminescente 10 comprenant un logement 12 Le logement 12 entoure une chambre à vide 14 et comporte une chambre d'entrée 16 et une chambre de sortie 18 Un organe de support de cathode 20 est monté dans la chambre à vide 14, A housing 12 surrounds a vacuum chamber 14 and has an inlet chamber 16 and an outlet chamber 18. A cathode support member 20 is mounted in the vacuum chamber 14.
avec interposition d'un isolant 22.with interposition of insulation 22.
L'organe de support 20 comprend un manchon isolant 24 entourant circonférentiellement l'organe de support 20 Un bouclier 26 délimitant un espace sombre est écarté du manchon 24 qu'il entoure circonférentiellement Un substrat 28 est fixé à l'extrémité interne 30 de l'organe de support , au moyen d'un élément de retenue 32 L'élément de retenue 32 peut être vissé ou fixé de toute autre manière connue à l'organe de support 20 et encontact électrique The support member 20 comprises an insulating sleeve 24 circumferentially surrounding the support member 20 A shield 26 defining a dark space is spaced from the sleeve 24 which circumferentially surrounds a substrate 28 is fixed to the inner end 30 of the support member, by means of a retaining element 32 The retaining element 32 can be screwed or fixed in any other known manner to the support member 20 and electrically contacted
avec celui-ci.with this one.
L'élément de support de cathode 20 comprend un puits 34 dans lequel est inséré un élément chauffant électrique 36 destiné à chauffer l'organe de support 20 et de ce fait le substrat 28 L'élément de support de cathode 20 comprend The cathode support member 20 comprises a well 34 in which is inserted an electric heating element 36 for heating the support member 20 and thereby the substrate 28. The cathode support member 20 comprises
éqalement une sonde 38 sensiblie à la température et desti- Also, a temperature sensing probe 38 is
née à mesurer la températlie de l'organe de support 20 La sonde à température 38 est utilisée pour contrôler The temperature probe 38 is used to control the temperature of the support member 20.
l'excitation de l'élément chauffant 36 et maintenir l'or- the excitation of the heating element 36 and maintain the
gane de support 20 et le substrat 28 à la température désirée. Le système 10 comprend également une électrode 40 faisant saillie du logement 12 et pénétrant dans la chambre 20 and the substrate 28 at the desired temperature. The system 10 also comprises an electrode 40 projecting from the housing 12 and entering the chamber
à vide 14 en étant espacée de l'organe de support de catho- vacuum 14 being spaced apart from the catheter support member
de 20 L'électrode 40 porte un bouclier 42 qui l'entoure et qui supporte à son tour un substrat 44 L'électrode 40 comprend un puits 46 dans lequel est inséré un élément chauffant d'électrode 48 L'électrode 40 comprend également The electrode 40 carries a shield 42 which surrounds it and which in turn supports a substrate 44. The electrode 40 comprises a well 46 in which is inserted an electrode heating element 48.
une sonde 50 sensible à la température et destinée à mesu- a probe 50 sensitive to temperature and intended for measuring
rer la température de l'électrode 40 et de ce fait du the temperature of the electrode 40 and therefore the
substrat 44 La sonde 50 est utilisée pour contr 8 ler l'éner- The probe 50 is used to control the energy
gie fournie à L'élément chauffant 48 et maintenir l'élec- provided to Heating Element 48 and maintain the
trode 40 et le substrat 44 à toute température désirée, trode 40 and the substrate 44 at any desired temperature,
indépendamment de l'organe 20.independently of the organ 20.
Un plasma de décharge luminescente se développe dans un A glow discharge plasma develops in a
espace 52 entre les substrats 28 et 44 du fait de la puis- space 52 between the substrates 28 and 44 because of the
sance engendrée par une source régulée de courant à haute fréquence, de courant alternatif ou de courant continu, qui est couplée à l'organe de support de cathode 20 et de là, par l'espace 52, à l'électrode 40 qui est reliée à la generated by a regulated source of high frequency current, alternating current or direct current, which is coupled to the cathode support member 20 and thence, through the gap 52, to the electrode 40 which is connected to the
terre La chambre à vide 14 est mise sous vide pour parve- The vacuum chamber 14 is evacuated to
nir à la pression désirée par une pompe à vide 54 couplée à la chambre 14 par l'intermédiaire d'une trappe à particules 56 Un manomètre 58 est couplé au système à vide et utilisé pour commander la pompe 54 et mairntenir le système 10 à la The manometer 58 is coupled to the vacuum system and used to control the pump 54 and maintain the system 10 at the desired pressure by a vacuum pump 54 coupled to the chamber 14 via a particle trap 56.
pression désirée.desired pressure.
La chambre d'entrée 16 du logement 12 est de préférence munie de plusieurs conduites 60 destinées à introduire des The inlet chamber 16 of the housing 12 is preferably provided with several pipes 60 intended to introduce
substances dans le système I 0 o elles doivent être mélan- substances in the system I 0 o they must be mixed
gées et déposées dans la chamb Ie 14, dans l'espace 52 destiné au plasma de la décharge luminescente, sur les substrats 28 et 44 Si on le souhaite, la chambre d'entrée 16 peut être située dans un endroit éloigné et les gaz peuvent être pré-mélangés avant d'être envoyés dans la chambre 14 Les substances gazeuses sont envoyées dans les conduites 60 en passant par un filtre ou tout autre dispositif purificateur 62 selon un débit contrôlé par une The inlet chamber 16 may be located in the chamber 14, in the space 52 for the plasma of the glow discharge, on the substrates 28 and 44. If desired, the inlet chamber 16 may be located in a remote location and the gases may The gaseous substances are sent into the lines 60 via a filter or other purifying device 62 at a flow rate controlled by a flow rate.
vanne 64.valve 64.
Lorsqu'un matériau ne se trouve pas initialement sous forme gazeuse, mais sous forme liquide ou solide, il peut être placé dans un récipient fermé de façon étanche 66, comme indiqué en 68 Le matériau 68 est alors chauffé par un élément chauffant 70 pour en augmenter la pression de vapeur dans le récipient 66 Un gaz approprié tel que de When a material is not initially in gaseous form, but in liquid or solid form, it may be placed in a sealed container 66, as indicated at 68. The material 68 is then heated by a heating element 70 to increase the vapor pressure in the container 66 A suitable gas such as
l'argon est envoyé par un tube plongeant 72 dans le maté- argon is sent by a dip tube 72 into the material
riau 68 pour capter les vapeurs du matériau 68 et acheminer les vapeurs au travers d'un filtre 62 ' et d'unevanne 64 ' pour parvenir dans les conduites 60 et de là dans le 68 to capture the vapors of the material 68 and convey the vapors through a filter 62 'and a valve 64' to get into the pipes 60 and thence in the
système 10.system 10.
La chambre d'entrée 16 et la chambre de sortie 18 comprennent de préférence des moyens 74 formant écran et The inlet chamber 16 and the outlet chamber 18 preferably comprise means 74 forming a screen and
destinés à retenir le plasma dans la chambre 14 et princi- intended to retain the plasma in chamber 14 and principally
palement entre les substrats 28 et 44. between the substrates 28 and 44.
Les matériaux qui sont envoyés par les conduites 60 sont mélangés dans la chambre d'entrée 16 puis envoyés dans l'espace 52 o s'effectue la décharge luminescente pour maintenir le plasma et déposer l'alliage sur les substrats, avec incorporation de silicium, de fluor, d'oxygène et des The materials that are sent through the pipes 60 are mixed in the inlet chamber 16 and then sent into the space 52 is the glow discharge to maintain the plasma and deposit the alloy on the substrates, with incorporation of silicon, fluorine, oxygen and
autres éléments modificateurs désirés tels que de l'hydro- other desired modifying elements such as hydro-
gène et/ou des dopants ou autres matériaux désirés. gene and / or dopants or other desired materials.
En fonctionnement et pour déposer des couches d'allia- In operation and to deposit layers of alloys
ges de silicium amorphe intrinsèque, le système 10 est d'abord soumis à un pompage jusqu'à ce qu'il atteigne une pression de dépôt désirée, inférieure par exemple à 20 mtorrs avant le dépôt Les matériaux de départ ou les gaz de la réaction tels que du tétrafluorure de silicium (Si F 4) et de l'hydrogène moléculaire (H 2) et/ou du silane sont envoyés dans la chambre d'entrée 16 en passant par des conduites séparées 60 et sont ensuite mélangés dans la cnambre d'entrée Le mélange gazeux est envoyé dans la chambre à vide en vue de maintenir une pression partielle d'environ 0,6 torr dans celle-ci Un plasma est engendré dans l'espace 52 entre les substrats 28 et 44, en utilisant soit une tension en courant continu supérieure à 1000 volts, soit un courant haute fréquence d'environ 50 watts, cette fréquence étant de 13,56 M Hz ou de toute autre valeur désirée. En plus des alliages de silicium amorphe intrinsèque déposés de la manière décrite ci-dessus, les dispositifs de la présente invention illustrés dans les divers modes de In the case of intrinsic amorphous silicon, the system 10 is first pumped until it reaches a desired deposition pressure, for example less than 20 rpm before deposition. Starting materials or reaction gases Such as silicon tetrafluoride (Si F 4) and molecular hydrogen (H 2) and / or silane are fed into the inlet chamber 16 through separate pipes 60 and are then mixed into the chamber. The gas mixture is passed to the vacuum chamber to maintain a partial pressure of about 0.6 torr therein. A plasma is generated in the gap 52 between the substrates 28 and 44, using either a DC voltage greater than 1000 volts, ie a high frequency current of about 50 watts, this frequency being 13.56 MHz or any other desired value. In addition to the intrinsic amorphous silicon alloys deposited in the manner described above, the devices of the present invention illustrated in the various modes of
réalisation qui seront décrits plus loin utilisent égale- which will be described later also use
ment des alliages de silicium amorphe dopé comprenant l'alliage de silicium amorphe à large intervalle de bande doped amorphous silicon alloys comprising the wide band gap amorphous silicon alloy
et de type p de la présente invention Ces couches d'allia- and p-type of the present invention.
ge dopé ont une conductivité du type p, p+, N ou n+, et doped geometry have a conductivity of the p, p +, N or n + type, and
elles peuvent être formées en introduisant un dopant appro- they can be formed by introducing an appropriate dopant
prié dans la chambre à vide, avec le matériau de départ intrinsèque tel que du silane (Si H 4) ou du tétrafluorure de in the vacuum chamber, with the intrinsic starting material such as silane (Si H 4) or tetrafluoride
silicium (Si F 4), et/ou de l'hydrogène et/ou du silane. silicon (Si F 4), and / or hydrogen and / or silane.
En ce qui concerne les couches dopées N ou p, le maté- With regard to the N or p doped layers, the material
riau peut être dopé avec 5 à 100 ppm de matériau dopant à mesure qu'il est déposé Pour obtenir des couches dopées n+ ou p+, le matériau est dopé avec un matériau dopant dont la proportion est comprise entre 100 ppm et plus de 1 % à mesure qu'il est déposé Les dopants de type N peuvent être du phosphore, de l'arsenic, de l'antimoine ou du bismuth De The material can be doped with 5 to 100 ppm of doping material as it is deposited. To obtain n + or p + doped layers, the material is doped with a dopant material whose proportion is between 100 ppm and more than 1%. N-type dopants can be phosphorus, arsenic, antimony or bismuth.
préférence, les couches dopées N sont déposées par décompo- N-doped layers are preferably deposited by decomposition
sition par décharge luminescente de tétrafluorure de sili- by glow discharge of silicon tetrafluoride
cium (Si F 4) et de phosphine (PH 3) au moins On peut égale- cium (Si F 4) and phosphine (PH 3) at least One can also
ment ajouter à ce mélange de l'hydrogène et/ou du gaz de addition to this mixture of hydrogen and / or
silane (Si H 4).silane (Si H 4).
Les dopants de type p peuvent être du bore, de l'alu- The p-type dopants may be boron, aluminum or
minium, du gallium, de l'indium ou du thallium De préféren- gallium, indium or thallium.
ce, les couches dopées de type p sont déposées par décompo- this, the p-type doped layers are deposited by decomposition
sition par décharge luminescente de silane et de diborane (B 2 H 6) au moins, ou de tétrafluorure de silicium et de diborane On peut également ajouter au tétrafluorure de by glow discharge of silane and diborane (B 2 H 6) at least, or silicon tetrafluoride and diborane can also be added to the tetrafluoride of
silicium et au diborane de l'hydrogène et/ou du silane. silicon and diborane hydrogen and / or silane.
En plus de ce qui précède et selon la présente inven- In addition to the above and according to the present invention,
tion, les couches dopées de type p sont formées à partir d'alliages de silicium amorphe contenant de l'oxygène en tant qu'élément qui augmente l'intervalle de bande De ce p-type doped layers are formed from amorphous silicon alloys containing oxygen as an element which increases the band interval of this
fait, on ajoute à chacun des mélanges gazeux indiqués ci- In fact, we add to each of the gaseous mixtures indicated below
dessus de l'oxygène dilué avec de l'argon Par exemple, un alliage de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p peut être formé au moyen d'un mélange gazeux contenant 94,6 % de silane (Si H 4), 5,2 % de diborane (B 2 H 6) et 0,2 % d'oxygène On obtient ainsi un alliage de silicium amorphe de type p ayant un intervalle de bande supérieur à 1,9 e V On obtient les 0,2 % d'oxygène en diluant l'oxygène above oxygen diluted with argon For example, an amorphous silicon alloy with wide band gap and p-type can be formed by means of a gaseous mixture containing 94.6% silane (Si H 4) , 5.2% diborane (B 2 H 6) and 0.2% oxygen. Thus, a p-type amorphous silicon alloy having a band gap greater than 1.9 e V is obtained. % oxygen by diluting the oxygen
dans de l'argon Ce niveau de l'oxygène dans la phase gazeu- in argon This level of oxygen in the gas phase
l U se se traduit en un alliage de silicium amorphe incorporant l U is translated into an amorphous silicon alloy incorporating
dans le film environ 10 % d'oxygène. in the film about 10% oxygen.
* On peut utiliser avec l'oxygène divers mélanges gazeux présentant de 0,01 % à 1 % du mélange gazeux Cette gamme résulte de façon correspondante en des concentrations allantVarious mixtures of gases having from 0.01% to 1% of the gaseous mixture can be used with oxygen. This range results correspondingly in concentrations ranging from
de 1 % à 30 % d'oxygène dans les films déposés Ces concentra- from 1% to 30% oxygen in the deposited films.
tions d'oxygène donnent des intervalles de bande allant de 1,7 e V à plus de 2,0 e V. L'augmentation de conductivité des alliages nouveaux et perfectionnés de la présente invention est particulièrement visible à la Fig 3 Sur cette figure, la courbe de la The increase in conductivity of the new and improved alloys of the present invention is particularly apparent in FIG. 3. the curve of the
conductivité par rapport à l'intervalle de bande est indi- conductivity with respect to the band gap is indi-
quée pour les nouveaux alliages qui contiennent de l'oxygène en tant qu'élément qui augmente l'intervalle de bande et pour l'alliage de silicium amorphe connu à large intervalle de bande et de type p qui ne contient que du carbone en tant qu'élément qui augmente l'intervalle de bande On notera que for new alloys that contain oxygen as an element that increases the band gap, and for the known broad-band, p-type, amorphous silicon alloy that contains only carbon as element that increases the band interval It will be noted that
pour un intervalle de bande donnée, le nouvel alliage pré- for a given band interval, the new alloy pre-
sente une conductivité sensiblement plus importante que celle de l'alliage connu On a également observé que des alliages de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p contenant à la fois de l'oxygène et du carbone présentent des conductivités plus importantes que ceux qui n'incorporent que du carbone en tant qu'élément qui augmente l'intervalle de bande Cependant, dans ces films, seules des It has also been observed that amorphous silicon alloys with a wide band-gap and a p-type range containing both oxygen and carbon have higher conductivities than those of the known alloy. which only incorporate carbon as an element that increases the band gap However, in these films, only
quantités mineurs de carbone ont été incorporées dans l'al- minor amounts of carbon have been incorporated into
liage, par comparaison avec la quantité d'oxygène De ce qui précède, on peut voir que l'oxygène sert non seulement d'élément qui augmente l'intervalle de bande dans des alliages de silicium amorphe de type p, mais également que les alliages de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p qui comprennent de l'oxygène en tant qu'élément In the above, it can be seen that oxygen serves not only as an element which increases the band gap in p-type amorphous silicon alloys, but also as alloys. of broad band gap and p-type amorphous silicon which include oxygen as an element
qui augmente l'intervalle de bande présentent une conduc- which increase the band gap have a conductivity
tivité supérieure à celle des alliages de silicium amorphe à large intervalle de bande et de type p ne contenant pas superior to that of amorphous silicon alloys with wide band and p-type
d'oxygène et appartenant à la technique antérieure. of oxygen and belonging to the prior art.
Les couches dopées des dispositifs sont déposées à des The doped layers of the devices are deposited at
températures diverses comprises entre 2000 C et 10000 C envi- various temperatures between 2000 C and 10000 C envi-
L O ron, en fonction de la forme du matériau utilisé et du type L O ron, depending on the shape of the material used and the type
du substrat utilisé Quand il s'agit de substrats en alu- of the substrate used When it comes to aluminum substrates
minium, les températures employées ne doivent pas dépasser environ 6000 C, et quand il s'agit d'acier inoxydable, elles peuvent dépasser 10000 C environ En ce qui concerne les alliages intrinsèques et dopés, initialement compensés par de l'hydrogène, comme ceux qui sont déposés à partir d'un the temperatures used should not exceed about 6000 ° C., and when it is stainless steel, they can exceed about 10000 ° C. As regards the intrinsic and doped alloys, initially compensated by hydrogen, such as those which are deposited from a
matériau de départ constitué par du gaz de silane, la tempé- starting material consisting of silane gas, the temperature
rature du substrat doit être inférieure à environ 4000 C et the substrate must be less than about 4000 C and
être de préférence comprise entre 2500 C et 350 'C. preferably between 2500 ° C. and 350 ° C.
D'autres matériaux et éléments d'alliage peuvent égale- Other materials and alloying elements may also
ment être ajoutés aux couches intrinsèques et dopées pour obtenir une génération optimale de courant Ces autres matériaux et éléments sont décrits plus loin en liaison avec les diverses configurations des dispositifs mettant en These other materials and elements are described below in connection with the various configurations of the devices
oeuvre la présente invention et illustrés aux Fig 4 à 6. the present invention and illustrated in FIGS. 4 to 6.
Si on se réfère maintenant à la Fig 4, celle-ci repré- Referring now to FIG.
sente en coupe un dispositif p-i-n structuré selon un pre- cross section a device p-i-n structured according to a pre-
mier mode de réalisation de la présente invention Le dispo- first embodiment of the present invention.
sitif 110 comprend un substrat 112 qui peut être en verre ou en un voile flexible constitué en acier inoxydable ou en aluminium Le substrat 112 a la largeur et la longueur 110 comprises a substrate 112 which may be made of glass or a flexible web made of stainless steel or aluminum. The substrate 112 has the width and the length
désirées, et son épaisseur est de préférence de 0,075 mm. desired, and its thickness is preferably 0.075 mm.
L'électrode 114 est déposée sur le substrat 112 pour The electrode 114 is deposited on the substrate 112 to
former un réflecteur arrière pour la cellule 110 Le réflec- to form a rear reflector for the cell 110
teur arrière 114 est déposé par dépôt de vapeur qui est un procédé de dépôt relativement rapide De préférence, la couche du réflecteur arrière est constituée par un métal réfléchissant tel que de l'argent, de l'aluminium ou du The rear reflector layer 114 is deposited by vapor deposition which is a relatively fast deposition method. Preferably, the rear reflector layer is constituted by a reflective metal such as silver, aluminum or aluminum.
cuivre Il est préférable d'utiliser la couche réfléchis- It is best to use the reflective layer
sante car dans une cellule solaire, la lumière qui n'est pas absorbée et qui traverse le dispositif est réfléchie par le réflecteur arrière 114 et elle passe à nouveau dans le dispositif qui absorbe alors plus d'énergie lumineuse et because in a solar cell, the light that is not absorbed and which passes through the device is reflected by the rear reflector 114 and passes again in the device which then absorbs more light energy and
augmente le rendement du dispositif. increases the efficiency of the device.
Le substrat 112 est ensuite placé dans l'environnement de dépôt par décharge luminescente Une première couche d'alliage de silicium amorphe 116 de type p et à large intervalle de bande est déposée sur la couche réfléchissante arrière 114 selon la présente invention La couche 116 telle qu'elle est représentée est de conductivité p+ La région p+ est aussi mince que possible, son épaisseur étant de l'ordre de 50 à 150 angstrôms, ce qui est suffisant pour que la Substrate 112 is then placed in the glow discharge deposition environment. A first p-band wideband amorphous silicon 116 layer is deposited on the rear reflective layer 114 of the present invention. It is represented that it is of p + conductivity. The p + region is as thin as possible, its thickness being of the order of 50 to 150 angstroms, which is sufficient for the
région p+ établisse un bon contact ohmique avec le réflec- p + region establishes a good ohmic contact with the reflec-
teur arrière 114 La région p+ 116 sert également à établir un gradient de potentiel au travers du dispositif pour faciliter la collecte des paires d'électrons-trous induites photoélectriquement sous forme d'un courant électrique La région p+ 116 peut être déposée à partir de l'un quelconque des mélanges de gaz qui ont été indiqués précédemment en vue The p + region 116 also serves to establish a potential gradient across the device to facilitate the collection of photoelectrically induced electron-hole pairs in the form of an electric current. The p + region 116 can be deposited from the any of the gas mixtures which have been previously indicated with a view to
du dépôt de ce matériau selon la présente invention. depositing this material according to the present invention.
On dépose ensuite un corps en un alliage de silicium amorphe intrinsèque 118 sur la couche 116 de type p à large A body is then deposited in an intrinsic amorphous silicon alloy 118 on the p-type layer 116
intervalle de bande Le corps intrinsèque 118 est rela- band interval The intrinsic body 118 is related to
tivement épais et de l'ordre de 4500 A,-et il est déposé à partir de tétrafluorure de silicium et d'hydrogène et/ou de is thick and of the order of 4500 Å, and is deposited from silicon tetrafluoride and hydrogen and / or
silane De préférence, le corps intrinsèque contient l'al- silane Preferably, the intrinsic body contains the
liage de silicium amorphe compensé au fluor o la majorité des paires d'électrons-trous sont engendrées Le courant de court-circuit du dispositif est amélioré par les effets fluorine-compensated amorphous silicon bonding where the majority of electron-hole pairs are generated The short circuit current of the device is enhanced by the effects
combinés du réflecteur arrière 114 et de la forte conduc- rear reflector 114 and the strong conductor
tivité de l'alliage perfectionné de silicium amorphe à large tivity of the improved amorphous silicon alloy
intervalle de bande et de type p de la présente invention. band and p-type range of the present invention.
Une autre couche dopée 120 dont la conductivité est opposée à celle de la première couche dopée 116 est déposée sur le corps intrinsèque 118 Elle comprend un alliage de silicium amorphe de conductivité n+ La couche n+ 120 est déposée à partir de l'un quelconque des mélanges de gaz auxquels il a été précédemment fait référence pour le dépôt de ce matériau La couche n+ 120 est déposée jusqu'à ce que son épaisseur soit comprise entre 50 et 500 angstr 5 ms, et elle sert de couche de contact. Another doped layer 120 whose conductivity is opposite to that of the first doped layer 116 is deposited on the intrinsic body 118 It comprises an amorphous silicon alloy of n + conductivity The n + layer 120 is deposited from any of the mixtures The n + 120 layer is deposited until its thickness is between 50 and 500 Angstr 5 ms, and it serves as a contact layer.
On dépose ensuite sur la couche n+ 120 une couche d'oxy- The layer n + 120 is then deposited with a layer of oxy-
de conducteur transparent (OCT) 122 La couche OCT 122 peut être déposée dans un environnement de dépôt en phase vapeur et elle peut être constituée par exemple par de l'oxyde d'indium et d'étain (OIE), de stannate de cadmium (Cd 25 n O 4), The OCT layer 122 may be deposited in a vapor deposition environment and may consist for example of indium tin oxide (OIE), cadmium stannate ( Cd 25 n O 4),
ou de l'oxyde d'étain dopé (Sn O 2). or doped tin oxide (Sn O 2).
Une électrode à grille 124 réalisée en un métal de bonne conductivité électrique est déposée sur la surface de la couche OCT 122 La grille peut être constituée par des A gate electrode 124 made of a metal of good electrical conductivity is deposited on the surface of the OCT layer 122.
lignes reliées orthogonalement de matériau conducteur n'oc- orthogonally connected lines of conductive material
cupant qu'une partie mineure de la surface de la région métallique, et dont le reste doit être exposé à l'énergie solaire A titre d'exemple, la grille 124 peut n'occuper que only a minor part of the surface of the metal region, the rest of which must be exposed to solar energy. For example, the grid 124 can occupy only
de 5 à 10 % de la totalité de la surface de la région métal- from 5 to 10% of the total area of the metal-
lique 122 L'électrode à grille 124 collecte de façon uni- The gate electrode 124 collects in a unique manner
forme le courant provenant de la couche OCT 122 de manière à conférer au dispositif une bonne résistance série de bas niveau. Pour terminer le dispositif 110, on applique une couche anti-reflet (AR) 126 sur l'électrode à grille 124 et sur les form the current from the OCT layer 122 so as to give the device a good low-level series resistance. To end the device 110, an anti-reflection (AR) layer 126 is applied to the gate electrode 124 and to the
surfaces de la couche OCT 122 situées entre les zones cou- OCT 122 surfaces lying between the
vertes par l'électrode à grille La couche AR 126 comprend une surface d'incidence des radiations solaires sur laquelle viennent frapper les radiations solaires Par exemple, la The AR layer 126 comprises a surface of incidence of solar radiation on which solar radiation is struck. For example, the
couche AR 126 peut avoir une épaisseur de l'ordre de gran- AR layer 126 may have a thickness of the order of magnitude
deur de la longueur d'onde du point d'énergie maximal du spectre des radiations solaires, divisé par quatre fois l'indice de réfraction de la couche anti-reflet 126 Une couche AR 126 appropriée peut être constituée par de l'oxyde de zirconium ayant une épaisseur d'environ 500 A et un of the wavelength of the maximum energy point of the solar radiation spectrum divided by four times the refractive index of the antireflection layer 126 A suitable AR layer 126 may be constituted by zirconium oxide. having a thickness of about 500 A and a
indice de réfraction de 2,1.refractive index of 2.1.
Il est possible de régler l'intervalle de bande de la couche intrinsèque 118 en vue d'obtenir des caractéristiques photosensibles spécifiques Par exemple, on peut incorporer dans la couche intrinsèque un ou plusieurs éléments qui réduisent l'intervalle de bande, tels que du germanium, de l'étain ou du plomb, en vue de diminuer son intervalle de bande (voir par exemple le brevet US N O 4 342 044 délivré aux noms de Stanford R Ovshinsky et de Masatsugu Izu le 27 Juillet 1982 et intitulé "Method for Optimizing Photoresponsive Amorphous Alloys and Devices" 'Procédé pour optimaliser des alliages et des dispositifs amorphes It is possible to adjust the band interval of the intrinsic layer 118 to obtain specific photosensitive characteristics. For example, one or more elements which reduce the band gap, such as germanium, may be incorporated in the intrinsic layer. , tin or lead, to reduce its band gap (see for example US Patent No. 4,342,044 issued to Stanford R Ovshinsky and Masatsugu Izu on July 27, 1982 and entitled "Method for Optimizing Photoresponsive"). Amorphous Alloys and Devices "'Process to optimize alloys and amorphous devices
1 l photosensibles") On peut obtenir ce résultat en introdui- 1 l photosensitive ") This result can be obtained by introducing
sant par exemple du gaz de germane (Ge H 4) dans le mélange for example germane gas (Ge H 4) in the mixture
gazeux à partir duquel est déposée la couche 118. gas from which the layer 118 is deposited.
Si on se réfère maintenant à la fig 5, celle-ci repré- Referring now to FIG.
sente un autre dispositif 130 mettant en oeuvre la présente invention Le dispositif 130 est semblable au dispositif de la fig 3, sauf qu'il ne comprend pas de réflecteur arrière et que les couches p+ et n+ sont inversées Le substrat 132 Another apparatus 130 embodies the present invention. The device 130 is similar to the device of FIG. 3, except that it does not include a rear reflector and the p + and n + layers are inverted.
du dispositif 130 peut être de l'acier inoxydable par exem- of the device 130 may be stainless steel, for example
ple Si on le désire, on peut déposer sur le substrat 132 une couche réfléchissante au moyen de l'un quelconque des procédés auxquels il a été fait référence précédemment en ce qui concerne une couche de ce type, et elle peut être formée If desired, a reflective layer may be deposited on the substrate 132 by any of the methods previously referred to with respect to such a layer, and may be formed
à partir d'argent, d'aluminium ou de cuivre par exemple. from silver, aluminum or copper for example.
Une première couche dopée 134 dont la conductivité est n+, comme illustré, est déposée sur le substrat 132 Si on le désire, la couche n+ 134 peut incorporer un élément qui augmente l'intervalle de bande, tel que de l'azote ou du A first doped layer 134 whose conductivity is n +, as illustrated, is deposited on the substrate 132. If desired, the n + layer 134 may incorporate an element that increases the band gap, such as nitrogen or phosphorus.
carbone, de manière à former une couche n+ à large interval- carbon, so as to form a n + layer with a large
le de bande.the band.
Un corps intrinsèque 136 est déposé sur la couche n+ 134 et comme pour le corps intrinsèque 118 du dispositif 110, il comporte de préférence un alliage de silicium-fluor amorphe An intrinsic body 136 is deposited on the n + layer 134 and as for the intrinsic body 118 of the device 110, it preferably comprises an amorphous silicon-fluorine alloy
d'épaisseur similaire.of similar thickness.
Une autre couche dopée 138 dont la conductivité est opposée à celle de la première couche dopée 134 et qui est de préférence une couche p+ à large intervalle de bande et incorporant de l'oxygène selon la présente invention est Another doped layer 138 whose conductivity is opposite to that of the first doped layer 134 and which is preferably a wide band gap p + layer incorporating oxygen according to the present invention is
déposée sur le corps intrinsèque 136. deposited on the intrinsic body 136.
On termine le dispositif en formant une couche OCT 140 sur la couche p+ 138, et une électrode à grille 142 Ces opérations peuvent être réalisées de la manière décrite avec The device is terminated by forming an OCT layer 140 on the p + layer 138, and a gate electrode 142. These operations can be performed in the manner described with
référence au dispositif 110 de la Fig 4. reference to the device 110 of FIG.
Comme dans le cas du mode de réalisation précédent, l'intervalle de bande de la couche intrinsèque 136 peut être réglé en vue d'obtenir une caractéristique photosensible particulière, avec incorporation d'éléments qui diminuent As in the case of the previous embodiment, the band interval of the intrinsic layer 136 can be adjusted to obtain a particular photosensitive feature, incorporating decreasing elements.
l'intervalle de bande A titre d'autre variante, l'inter- As a further alternative, the band interval
valle de bande du corps intrinsèque 136 peut être graduel de manière à augmenter graduellement à partir de la couche n+ 134 jusqu'à l'autre couche n+ 138 (voir par exemple la demande de brevet US associée n O 427 756 déposée aux noms de Stanford R Ovshinsky et de David Adler le 29 septembre 1982 et intitulée "Methods for Grading the Band Gaps of Amorphous Alloys and Devices" "Procédé pour rendre graduels les Intrinsic body bandwidth 136 may be graduated so as to gradually increase from layer n + 134 to the other layer n + 138 (see, for example, associated U.S. Patent Application No. 4,272,756 to Stanford R Ovshinsky and David Adler on September 29, 1982, entitled "Methods for Grading the Band Gaps of Amorphous Alloys and Devices"
intervalles de bande d'alliages et de dispositifs amorphes"). strip intervals of alloys and amorphous devices ").
Par exemple, lorsque la couche intrinsèque 136 est déposée, For example, when the intrinsic layer 136 is deposited,
on peut incorporer dans les alliages et selon une concentra- it can be incorporated in alloys and according to a concentration
tion diminuant graduellement un ou plusieurs éléments qui diminuent l'intervalle de bande, tels que du germanium, de l'étain ou du plomb On peut introduire par exemple du gaz de germane (Ge H 4) dans la chambre de dépôt par décharge luminescente en partant d'une concentration relativement élevée au début et qui diminue graduellement ensuite à mesure que la couche intrinsèque est déposée, jusqu'à un point o il est mis fin à cette introduction Le corps intrinsèque qui en résulte contient donc un élément qui réduit l'intervalle de bande, tel que du germanium, selon des concentrations qui diminuent graduellement à partir de gradually decreasing one or more elements which decrease the band gap, such as germanium, tin or lead. For example, germane gas (Ge H 4) can be introduced into the glow discharge deposition chamber. starting from a relatively high concentration at the beginning and gradually decreasing as the intrinsic layer is deposited, to a point where this introduction is terminated. The resulting intrinsic body therefore contains an element which reduces the band interval, such as germanium, in concentrations that gradually decrease from
la couche n+ 134 et en direction de la couche p+ 138. the n + layer 134 and towards the p + layer 138.
Si on se réfère maintenant à la Fig 6, celle-ci repré- Referring now to FIG.
sente un dispositif à cellules multiples 150 représenté en coupe et dont la configuration est en tandem Le dispositif a multiple-cell device 150 shown in section and configured in tandem.
comprend deux cellules individuelles 152 et 154 dispo- comprises two individual cells 152 and 154
sées en série et mettant en oeuvre la présente invention. in series and implementing the present invention.
Comme on peut le voir, on peut utiliser des unités multiples As can be seen, multiple units can be used
comprenant plus de deux cellules individuelles. comprising more than two individual cells.
Le dispositif 150 comprend un substrat 156 formé à partir d'un métal à bonne conductivité électrique tel que de l'acier inoxydable ou de l'aluminium par exemple Sur le substrat 156 est déposé un réflecteur arrière 157 suscepti- ble d'être formé comme décrit précédemment La première cellule unitaire 152 comprend une première couche d'alliage de silicium amorphe dopé de type p+ 158 déposée sur le réflecteur arrière 157 La couche p+ est de préférence un alliage de silicium amorphe à large intervalle de bande et The device 150 comprises a substrate 156 formed from a metal with good electrical conductivity such as stainless steel or aluminum for example. On the substrate 156 is deposited a rear reflector 157 which can be formed as The first unit cell 152 comprises a first p + type doped amorphous silicon alloy layer 158 deposited on the rear reflector 157. The p + layer is preferably an amorphous silicon alloy with a wide band gap.
de type p selon la présente invention Elle peut être dépo- p-type according to the present invention may be deposited
sée à partir de l'un quelconque des matériaux de départ from any of the starting materials
précédemment mentionnés pour le dépôt de ce matériau. previously mentioned for depositing this material.
Un premier corps en un alliage intrinsèque de silicium A first body made of an intrinsic silicon alloy
amorphe 160 est déposé sur la couche p+ 158 à large inter- amorphous 160 is deposited on the p + layer 158 with broad inter-
valle de bande Le premier corps en alliage intrinsèque 160 bandvalue The first body of intrinsic alloy 160
est constitué de préférence par un alliage de silicium- is preferably a silicon alloy
fluor amorphe.amorphous fluorine.
Une autre couche d'alliage de silicium amorphe dopé 162 est déposée sur la couche intrinsèque 160 Sa conductivité est opposée à la conductivité de la première couche dopée Another layer of doped amorphous silicon alloy 162 is deposited on the intrinsic layer 160 Its conductivity is opposite to the conductivity of the first doped layer
158 et constitue donc une couche n+. 158 and therefore constitutes an n + layer.
La seconde cellule unitaire 154 est essentiellement identique et comprend une première couche dopée p+ 164, un corps intrinsèque 166 et une autre couche dopée n+ 168 Le dispositif 150 est terminé par une couche OCT 170, une The second unit cell 154 is essentially identical and comprises a first p + doped layer 164, an intrinsic body 166 and another n + doped layer 168. The device 150 is terminated by an OCT layer 170, a
électrode formant grille 172 et une couche anti-reflet 174. gate electrode 172 and an anti-reflection layer 174.
Les intervalles de bande des couches intrinsèques sont de préférence réglés de manière que l'intervalle de bande de la couche 166 soit plus important que l'intervalle de bande The band intervals of the intrinsic layers are preferably adjusted so that the band interval of the layer 166 is larger than the band interval.
de la couche 160 A cette fin, la couche de formation d'al- layer 160 For this purpose, the formation layer of
liage 166 peut comprendre un ou plusieurs éléments qui augmentent l'intervalle de bande, tel que de l'azote et du linkage 166 may comprise one or more elements that increase the band gap, such as nitrogen and
carbone L'alliage intrinsèque qui forme la couche intrinsè- carbon The intrinsic alloy that forms the intrinsic layer
que 160 peut comprendre un ou plusieurs éléments qui dimi- 160 may include one or more elements which
nuent l'intervalle de bande, tel que du germanium, de l'é- the band interval, such as germanium, of
tain ou du plomb.tain or lead.
On peut déduire de la figure que la couche intrinsèque de la cellule est plus épaisse que la couche intrinsèque 166 Ceci permet d'utiliser, en vue de la génération de paires d'électrons-trous, la totalité du spectre utilisable It can be deduced from the figure that the intrinsic layer of the cell is thicker than the intrinsic layer 166. This makes it possible to use, for the generation of electron-hole pairs, the entire usable spectrum.
de l'énergie solaire.solar energy.
Bien qu'un mode de réalisation à cellules en tandem ait été représenté et décrit ici, les cellules unitaires peuvent être également isolées les unes des autres par des couches Although a tandem cell embodiment has been shown and described here, unit cells can also be isolated from each other by layers.
d'oxyde par exemple, de manière à former une cellule multi- oxide, for example, so as to form a multi-cell
ple empilée Chaque cellule pourrait comprendre une paire d'électrodes collectrices pour faciliter la liaison en série stacked each cell could include a pair of collector electrodes to facilitate serial linkage
des cellules avec le câblage externe. cells with external wiring.
A titre d'autre variante et comme mentionné en référence aux cellules individuelles précédemment décrites, un ou plusieurs des corps intrinsèques des cellules unitaires peuvent comprendre des alliages dont les intervalles de bande sont amenés à varier graduellement Dans ce but, on As another variant and as mentioned with reference to the individual cells previously described, one or more of the intrinsic bodies of the unit cells may comprise alloys whose band intervals are caused to gradually vary.
peut incorporer dans les alliages intrinsèques l'un quel- can incorporate into the intrinsic alloys some
conque ou plusieurs des éléments précédemment mentionnés qui augmentent ou diminuent l'intervalle de bande On peut également faire référence à la demande de brevet US n O 427 757 déposée aux noms de Stanford R Ovshinsky et de David Adler le 29 septembre 1982 et intitulée Multiple Cell Photoresponsive Amorphous Alloys and Devices" (Alliages et One or more of the above-mentioned elements that increase or decrease the band gap. Reference can also be made to U.S. Patent Application No. 427,757, filed on behalf of Stanford R Ovshinsky and David Adler on September 29, 1982, entitled Multiple Cell. Photoresponsive Amorphous Alloys and Devices "(Alloys and
dispositifs amorphes photosensibles à cellules multiples). multi-cell photosensitive amorphous devices).
Pour chaque mode de réalisation de l'invention qui est décrit ici, les couches d'alliage autres que les couches d'alliages intrinsèques peuvent ne pas être des couches For each embodiment of the invention that is described herein, the alloy layers other than the intrinsic alloy layers may not be layers.
amorphes et être par exemple des couches polycristallines. amorphous and be for example polycrystalline layers.
(Le terme de "amorphe' désigne ici un alliage ou un matériau présentant un désordre de grande amplitude, bien qu'il puisse comporter un ordre court ou intermédiaire-ou même (The term "amorphous" here refers to an alloy or material having a large amplitude disorder, although it may include a short or intermediate order-or even
contenir parfois quelques inclusions cristallines). sometimes contain some crystalline inclusions).
Des modifications et variantes peuvent être apportées à la présente invention, dans le cadre de l'enseignement décrit ci-dessus On comprendra donc que l'invention puisse être mise en oeuvre de façon différente de celles qui ont été spécifiquement décrites à condition de rester dans le Modifications and variations can be made to the present invention, in the context of the teaching described above It will therefore be understood that the invention can be implemented differently than those which have been specifically described provided that they remain in the
cadre des revendications annexées.scope of the appended claims.
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